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广义热弹扩散记忆依赖问题的瞬态响应分析

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第1章 绪 论

1.1引言

1.2广义热传导模型及其发展历史

1.2.1广义热传导模型

1.2.2广义热弹性理论

1.3基于分数阶微分的广义热弹理论

1.4基于记忆依赖微分的广义热弹理论

1.5广义热弹扩散理论

1.6超短激光脉冲加热

1.7研究现状

1.8研究内容

1.9本文的创新性

第2章 基于记忆依赖微分的广义热弹扩散问题的动态响应

2.1引言

2.2基本方程

2.3问题描述

2.4拉氏域内问题的求解

2.5拉普拉斯反变换

2.6算例及讨论

(1) 算例一

(2) 算例二

(3) 算例三

(4) 算例四

(5) 算例五

第3章 基于记忆依赖微分的三明治结构的广义热弹扩散问题的动态响应

3.1引言

3.2基本方程

3.3问题描述

3.4 拉氏域内问题的求解

3.5 拉普拉斯反变换

3.6 算例及讨论

(1) 算例一

(2) 算例二

(3) 算例三

(4) 算例四

(5) 算例五

(6) 算例六

第4章 受超短激光脉冲加热的双层结构的广义热弹问题的动态响应

4.1引言

4.2基本方程

4.3问题描述

4.4拉氏域内问题的求解

4.5拉普拉斯反变换

4.6算例及讨论

(1) 算例一

(2) 算例二

(3) 算例三

(4) 算例四

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果

参加的科研项目

已发表的学术论文

奖励及荣誉称号

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摘要

经典热弹性理论中的热传导方程预测了热波是以无限大速度进行传播的,这一点与实验观测不符。为了克服这一缺陷,学者们建立了非傅里叶热传导定律来描述热传导过程中的第二声效应,即:热波效应。近几十年来,分数阶微积分由于在热传导、反常扩散、粘弹性等方面的成功应用而引起了学者们的广泛关注,将分数阶微积分引入热传导方程,可以更加准确地反映材料在极端传热传质过程中的热弹行为。在分数阶广义热弹性理论的启发下,学者们又将记忆依赖微分引入广义热弹性理论的热传导方程中,建立了基于记忆依赖微分的广义热弹理论,从而更真实地表征材料的记忆依赖性和全局相关性。 扩散被定义为从高浓度区域到低浓度区域的物质运输。近年来,由于在物理化学、工业、农业、医学等领域的普遍存在,扩散现象引起了学者们的广泛关注。扩散现象是由菲克定律描述的,但是菲克定律只考虑了扩散过程中传质通量与浓度梯度之间的关系,并没有考虑物质与底物之间的相互作用以及电、磁、热、弹等多物理场间的耦合效应。 本论文基于考虑记忆依赖微分的广义热弹扩散理论,研究了半无限大体及层合结构的热弹扩散多场耦合问题,具体的研究内容包括: (1)基于考虑记忆依赖微分的广义热弹扩散理论,研究了左边界面同时受热冲击和化学势冲击的半无限大体的瞬态响应。得到了包含时间迟滞因子和核函数的耦合控制方程,其中核函数可以根据实际情况选择,采用拉普拉斯变换及其数值反变换求解控制方程。得到了当时间、热时间迟滞因子、扩散时间迟滞因子、热核函数和扩散核函数变化时,无量纲温度、化学势、位移、应力及其浓度的分布规律。 (2)基于考虑记忆依赖微分的广义热弹扩散理论,研究了三明治结构的瞬态响应,该结构的左右两侧表面同时受到热冲击及其化学势冲击的作用。假设层间理想黏结,即:界面处热接触阻抗和扩散接触阻抗均为零。得到了包含时间迟滞因子和核函数的耦合控制方程,其中核函数可以根据实际情况选择,采用拉普拉斯变换及其数值反变换求解控制方程。 (3)基于分数阶以及记忆依赖微分广义热弹理论,研究了左边界面受非高斯激光脉冲加热的双层结构的瞬态响应,重点对基于分数阶模型和记忆依赖微分模型的结果进行了比较分析,并考虑了双层结构界面处的热接触阻抗。得到了包含热松弛时间、分数阶参数、时间迟滞因子和核函数的耦合控制方程,其中核函数可以根据实际情况选择,采用拉普拉斯变换及其数值反变换求解控制方程。

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